TN-C、TN-S和TN-C-S三种电路系统的介绍

TN-C> TN-S和TN-C-S三种电路 系统的介绍.1 . 14我国在给一排靠墙布置的设备以TN-C系统配电时，将三根相线架空走 线，而PEN线则用不绝缘的扁钢沿埴脚明敷。这一做法妥否？不妥。这一做法使PE线远离相线，降低了过电流防护电器对接地故障的动作灵 敏度，而不绝缘的PEN线中的中性线上的对地电位又将产生杂散电流，所以这 一布线方式对保护接地是十分不妥的。保护接地的设置还有许多要求，在下面的 问答中将逐一叙述。1.15我国原采用的接零系统、接地系统、不接地系统、绿线等术语为什么被 废止不用而改用TN-C、TN-S、TN-C-S、TT、IT等接地系统和中1性线、PE 线、PEN线等术语？被废止的术语是20世纪50年代采用前苏联电收范时用的术语。大家知道由 于用电技术的发展，IEC标准将按地系统科学细微地进行了划分，前苏联的“接 零系统”仅是IEC标准中TN系统之一的TN-C系统，显然“接等系统”这一 术语不能说明全部TN系统的内涵。又如前苏联规范内的“接地系统”就是IEC 标的TT系统，但是“按军系统”也需接地，何尝不是按地系统？这样在概念上 就十分模糊不清。又如“零线”这一术语前苏联规范定义为接地的中性线，还要 求零线作篁复接地，它实际只是指TN-C系统中的PEN线。由于季线的概念不 清，原本不应篁复接地的中性线被错误地重复按地，产生杂散电流而导致许多不 应有的*故。名不正则言不顺，由于术语不严谨导致的技术借误不胜枚举。为此 这些过时的术语在我国已停止使用，但由于建筑电气技术对外交流沟通不够，我 国有些国家标准和部颁标准的电气规范仍在因循旧习使用这些旧术语，在执行这 些规范时应加注意以免被误导。1 . 16请说明TN、TT和IT这三种接地系统文字符号的含义。这些接地系统的文字符号的含义是：第一个字母说明电源的带电导体与大地的关系，也即如何处理系统接地：T:电源的一点（通常是中性线上的一点点）与大地直接连接（T是“大地” 一 词法文Terre的第一个字母）。I：电源与大地隔离或电源的一点经高阻抗（例如1000Q）与大地连接（I是“隔 离” 一词法文Isolation的第一个字母）。第二个字母说明电气装置的外露导电部分与大地的关系，也即如何处理保护接 地。T:外露导电部分直接接大地，它与电源的接地无联系。N:外露导电部分通过与接地的电源中性点的连接而接地（N是“中性点” 一词 法文Neutre的第一个字母）。1 . 17在TN系统中又分为TN-C、TN-S和TN-C-S三种系统，它们之间有何 不同？IEC标准将IN系统按N线和PE线的不同组合又分为三种类型：TN-C系统一在全系统内N线和PE线是合一的（C是“合一” 一词法文Comh ine的第一个字母）。注意，此处的全系统是从电源配电盘出线，处算起。下同。 TN-S系统一在全系统内N线和PE线是分开的（S是“分开” 一词法文Separ e的第一个字母）。TN-C-S系统一在全系统内，通常仅在低压电气装置电源进线点前N线和PE线 是合一的，电源进线点后即分为两根线。从图1 . 18-1可知，TN-C系统内的PEN线兼起PE线和N线的作用，可节省一根导线，比较经济。但从电气安全着眼，这个系统存在以下问题。电源电，设侪、,电气装置/ Ra；;邛复按地 外鹤导电 .部分图 1. 18-1 TN-C 系统(1)如系统为一个单相回路，当PEN线中断时，设备金属外壳对地将带220V的故障电压，电击死亡的危险很大，220V电压传导路径如图1 . 18-2虚线所>5xo图1.18 -2 PEN线折断后单相设备金属外壳对地带220V危险电压(2)如PEN线穿过剩余电流动作保护器RCD,因接地故障电流产生的磁场在RCD内互相抵消而使RCD拒动作，所以在TN-C系统内不能装用RCD防电击。(3)进行电气维修时需用四极开关来隔断中性线上可能出现的故障电压的传导。 因PEN线含有PE线而不允许被开关切断，所以TN-C系统内不能装用四极开 关来保证维修人员的安全，见问答17.50(4)PEN线因通过中性线电流产生电压降，从而使所接设备的金属外光对地带电 位。此电位可能在爆炸危险场所内打火引爆。按IEC标准易爆场所内是不允许 出现PEN线和采用TN-C系统的。另外，带电位的与地接触的设备金属外光可 在地内产生杂散电流，在一定程度上腐蚀地下金属结构和管道，为此IEC标准 要求PEN线应按可能遭受的最高电压加以绝缘。另外，由于PEN线通过电流，各点对地电位不同，它也不得用于信息技术系统, 以免各信息技术设备地电位的不同而引起干扰。由于上述一些不安全因素，除维护管理水平较高的一般场所外，现时TN-C系统 已很少采用。1 . 19 TN-S系统较适用于哪些场所？从图1.19可知，在整个TN-S系统内，PE线和N线被分为两根线。除非施 工安装有误，除微量对地泄漏电流外，PE线平时不通过电流，也不带电位。它 只在发生按地故障时通过故障电流，因此电气装置的外露导电部分对地平时几乎 不带电位，比较安全，但它需在回路的全长多敷用一根导线。部分图L 19 TN-S系统TN-S系统适用于内部设有变电所的建筑物。因为在有变电所的建筑物内为TT 系统分开设置在电位上互不影响的系统接地和保护接地是比较麻烦的。即使将变 电所中性线的系统接地用绝缘导体引出另打单独的接地极，但它和与保护接地P E线连通的户外地下金属管道间的距离常难满足要求。而在此建筑物内如采用T N-C-S系统时.，其前段PEN线上中性线电流产生的电压降将在建筑物内导致 电位差而引起不良后果，例如对信息技术设备的干扰。因此在设有变电所的建筑 物内接地系统的最隹选择是TN-S系统，特别是在爆炸危险场所，为避免电火花 的发生，更宜采用TN-S系统。1 . 20 TN-C-S系统较适用于哪些场所？从图1 . 20可知，TN-C-S系统自电源到另一建筑物用户电气装置之间节省了 一根专用的PE线。这一段PEN线上的电压降使赘个电气装置对地升商UPE N的电压，但由于电气装置内设有总等电位联结，且在电源进线点后PE线即和N线即分开，而PE线并不产生电压降，整个电气装置对地电位都是UPEN,在装置内并没有出现电位差，因此不会发生TN-C系统的种种电气不安全因素。在建筑物电气装置内，它的安全水平和TN-S系统是相仿的。图1.20 TMC-S系统就信息技术设备的抗干扰而言，因为在采用TN-C-S系统的建筑物内同一信息系 统内的信息技术设备的“地”即其金属外壳，都是连接只通过正常泄漏电流的P E线的，PE线上的电压降很小，所以TN-C-S系统和TN-S系统一样都能使各 信息技术设备取得比较均等的参考电位而减少干扰。但就减少共模电压干扰而言 TN-C-S系统内的中性线和PE线是在低压电源进线处才分开，不像TN-S系统 在变电所出线处就分开，所以在低压用户建筑物内TN-C-S系统内中性线对PE 线的电位差或共模电压小于TN-S系统。因此对信息技术设备的抗共模电压干扰 而言TN-C-S优于TN-S系统。综上所述可知，当建筑物以低压供电如果采用TN系统时宜采用TN-C-S系统而 不宜采用TN-S系统。一些发达国家就是这样做的。1 . 21 TT系统较适用于哪些场所？从图1 . 21可知，竹系统的电气装置的保护接地各有其自己的接地极。正常时 装置内的外露导电部分为地电位，电源侧和各装置出现的故障电压不互*。但发 生按地故障时因故障回路内包含两个接地电阻RA和RB,故障回路阻抗较大, 故障电流较小，一般不能用过电流防护兼作接地故障防护。因此为防人身电击事 故必须装用RCD来快速切断电源。从图1 . 21也可知，TT系统的中性线除在电源的一点作系统按地外，为防杂 散电流的产生不得在其他处再接地。我国有些供电部门不理解IEC标准，要求 用户在电源进线处除图示RA的保护接地外，还仿照过去的TNC系统，将TT 系统的中性线作篁复接地，认为可借TT系统中的接地通路，防范中性线中断（俗 称“断暮”）引起的三相四线系统中烧坏大量单相用电设备的*故，殊不知由于 大地通路与中性线通路的阻抗值相差悬殊，这一措施在理论上就不成立（这在问 答16 . 4中将予说明）。相反，中性线的篁复接地却可产生杂散电流而引起种 种事故，对供电部门这一不当要求在电气装置的设计安装中应予注意。TT系统 内各个电气设备或各组电气设备可各有自己的接地板和PE线。各PE线之间在 电气上没有联系。这样在TT系统供电范围内的接地故障电压就不会像TN系统 那样通过PE线的导图1.21 TT系统S通而传导蔓延，导致一处发生接地故障，多处发生电气事故，必须在各处设 置等电位联结或采取其他措施来消除这种传导电压导致的事故。因此TT系统较 适用于无等电位联结的户外场所，例如农场、施工场地、路灯、庭园灯、户外临 时用电场所等。1 . 22 IT系统较适用于哪些场所？从图1.22可知，IT系统的电源端不做系统接地，在发生第一次接地故障时由 于不具备故障电流返回电源的通路，其故障电流仅为两非故障相对地电容电流的 相量和，其值甚小，因此在保护接地的接地电阻RA上产生的对地故障电压很低, 不致引发电击事故。所以发生第一次接地故障时不需切断电源而使供电中断。但 它一般不引出中性线，不能提供照明、控制等需用的220V电源，且其故障防护 和维护管理较复杂，加上其他原因，使其应用受到限制b它适用于对供电不问 断和防电击要求很高的场所，在我国规定矿井下、钢铁厂以及医院手术室等场所 采用IT系统。发达国家电气安全要求高，诸如玻璃厂、发电厂的厂用电、钢铁 厂、化工厂、爆炸危险场所、重要的会议大厅的安全照明、计标机中心以及高层 建筑的消防应急电源、鼻要的控制回路等都采用IT系统。我国对IT系统不甚了 解，还不习惯采用IT系统，很少应用。这从一个侧面说明我国建筑电气与发达 国家水平上的卷距。1 . 23岩石山洞内对不间断供电无要求的一般电气装置打低阻值的系统接地十 分困难，是否可采用IT系统？这是一个适于采用IT系统的一个特例。IT系统本不需作系统接地，这就免除了 在岩石洞里打低限值系统接地的麻烦。由于IT系统的接地故障电流十分小，防 电击的保护接地的接地电阻较大时也能满足接触电压小于50V的要求。既然电 气装量对不间断供电无要求，它就可以引出中性线来提供220V用电电压，不需 装设昂贵的绝缘监测器，在发生第一次接地故障时就报警来及时排除故障。如果 发生了中性线接地故障而不报警，此，IT系统不过是转变为按TT系统或TN系 统来运作。需注意在回路的首端必须安装额定剩余电流动作值IAn不大于30 mA的RDD,用以在发生第二次接地故障时切断电源。附带说明，有的北欧国 家出于同样的考虑，在地区公用电网内也采用了 IT系统。各种接地系统各有短长，我国国家标准按地规范不区分具体情况，规定：“在中 性点直接接地的低压电力网中，电力设备的外充宜采用低压按等保护，即接等” 是不妥当的。TN系统有优于竹系统之处，例如：(1)TN系统往往可利用保护线路绝缘的过电流防范电器兼作接地故障防护，比较 简单，而TT系统通常需装设RCD作接地故障防护，比较复杂。(2)TN系的PE线自中性线分支引出，发生对地过电压时，设备绝缘承受的应电 压(Voltage Stress)较小；而TT系统的PE线引自就地的索电位的接地极， 设备对地绝缘较易受过电压损害。TN系统有逊于TT系统之处，例如：(1)在同一变压器供电范围的TN系统内PE线都是连通的，任一处发生接地故 障，其故障电压可沿PE线传导至他处而可能引起危害；而在TT系统内，可视 情况就地设置电气上互不联系的单独的接地板和P